本文课题来源:国家自然科学基金(11102142)——服役条件下玻璃钢管道长期性能预测的理论与方法研究;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2012-Ia-023)——聚合物基复合材料(Polymer Matrix Composites)的流变行为与服役寿命研究。本文以树脂基复合材料(Resin Matrix Composites)粘弹性理论和国际上通用的一种长期性能测试方法——恒位移测试为基础。通过系统的试验研究了三种不同铺层方式的玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)(Glass Fiber Reinforced Plastics)管环在恒位移条件下,不同的初始挠度时玻璃钢管刚度随时间的变化关系;建立了任意初始挠度下服役任意时间后,玻璃钢管长期刚度的预测表达式;对玻璃钢管道结构长期使用的安全可靠性具有积极重要意义。本文的主要工作成果如下:(1)从理论的角度进行了推导。对比区分了环刚度和管刚度概念,明确本文所研究的是玻璃钢管道的长期管刚度;结合国内外已有的研究成果,从经典层合板理论和树脂基复合材料的粘弹性理论入手,再考虑玻璃钢自身的材料特性,建立了玻璃钢管道刚度与时间及初始挠度的理论研究模型。从理论上能够对玻璃钢管道长期刚度性能进行预测,同时为接下来的试验研究打下理论基础。(2)在理论的基础上,选用了纯环向缠绕、纯交叉缠绕以及环向交叉缠绕相结合,三种不同工艺铺层的玻璃钢管环作为试验对象;通过自主设计加载装置,以国际上通用的一种长期性能测试方法——恒位移测试为基础,通过系统的试验,研究了三种不同铺层方式的玻璃钢管环在恒位移条件下,不同的初始挠度时玻璃钢管刚度随时间的变化关系,经过5400多小时的长期性能试验,得到了大量的试验数据。(3)数据处理与长期刚度预测。根据长期性能试验获得的数据,通过不同的处理拟合方式,分别得到了各工艺管刚度在试验初始挠度下与时间的关系,各工艺管道在任意初始挠度下服役50年后管刚度的衰减情况;并得出环向铺层有助于提高管道抗刚度衰减性能的结论;经过不断试探拟合,最终建立了各工艺管刚度在时间历程中随着不同初始挠度变化的表达式,即建立了预测长期管刚度的表达式。(4)对长期刚度预测表达式进行验证。通过将试验所测得的刚度值和预测表达式所求得的刚度值进行对比,发现预测表达式得到的刚度值和试验所测得的刚度值误差很小,证明了预测表达式的合理准确性。